Questo articolo spiega qual è il fattore di compressibilità in chimica. Scoprirai quindi come calcolare il fattore di compressibilità (formula) e, inoltre, potrai vedere un grafico in cui potrai facilmente trovare il fattore di compressibilità di qualsiasi gas.
Qual è il fattore di compressibilità?
Il fattore di compressibilità è un coefficiente che indica il rapporto tra il volume molare di un gas reale e il volume di un gas ideale alla stessa temperatura e pressione. In altre parole, il fattore di compressibilità descrive la deviazione di un gas reale dal comportamento di un gas ideale.
Pertanto, il fattore di compressibilità viene utilizzato per sapere quanto un gas reale si comporta come un gas ideale. Se il valore del fattore di compressibilità è prossimo a 1 significa che il gas reale può essere considerato un gas ideale.
Si noti che le leggi chimiche sono notevolmente semplificate per i gas ideali, quindi generalmente vogliamo essere in grado di pensare a un gas come un gas ideale.
In generale, il simbolo del fattore di compressibilità è la lettera maiuscola Z.
Formula del fattore di compressibilità
Il fattore di compressibilità è uguale al volume molare di un gas reale diviso per il volume molare del corrispondente gas ideale. La formula per calcolare il fattore di compressibilità è quindi la seguente:
Il volume molare di un gas ideale può essere calcolato utilizzando la legge dei gas ideali, quindi l’espressione sopra è equivalente alla seguente:
Oro:
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è il fattore di compressibilità.
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è il volume molare del gas reale.
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è il volume molare del gas ideale corrispondente.
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è la pressione.
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è la temperatura.
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è la costante universale dei gas ideali.
Il coefficiente di compressibilità non ha unità, poiché si calcola dividendo due quantità che hanno le stesse unità e quindi si annullano a vicenda.
Consideriamo che un gas reale può essere considerato un gas ideale quando il valore del fattore di comprimibilità è molto vicino a 1; in generale assumiamo valori compresi tra 0,95 e 1,05. Si noti che un fattore di compressibilità pari a 1 significa che il gas è ideale, ma in pratica non esiste un gas perfettamente ideale.
Grafico del fattore di compressibilità
Il fattore di compressibilità, la temperatura ridotta e la pressione ridotta sono correlati tra loro. Nello specifico, il fattore di compressibilità di un gas reale può essere determinato se se ne conoscono la temperatura e la pressione ridotte.
Il grafico che permette di ricavare il fattore di compressibilità è il seguente:
Per utilizzare il grafico del fattore di compressibilità, è necessario seguire questi passaggi:
- Calcolare la pressione ridotta e la temperatura ridotta del gas. Per fare ciò, è necessario utilizzare le formule seguenti.
- Traccia il grafico lungo l’asse X lungo la linea equivalente alla pressione del gas ridotta.
- Spostare indietro il grafico lungo la riga precedente fino a trovare la riga corrispondente alla temperatura del gas ridotta.
- Il fattore di compressibilità del gas è uguale al valore dell’asse Y in corrispondenza del quale si intersecano la pressione ridotta e la temperatura ridotta del gas.
Si noti che la temperatura ridotta e la pressione ridotta vengono calcolate dividendo la temperatura e la pressione rispettivamente per la temperatura critica e la pressione critica:
